現代電機結課報告論文-基于擴張狀態(tài)觀測器和有限時間控制的感應電機直接轉矩控制(已修改)
2025-01-30 23:28 本頁面
【正文】 《現代電機結課報告》姓 名：學 號：年 級：學科專業(yè)：二級院系：日 期：教師評定： 綜合評定成績： 任課教師簽字： 基于擴張狀態(tài)觀測器和有限時間控制的感應電機直接轉矩控制摘要: 對感應電機直接轉矩控制系統(tǒng)中存在的干擾，本文結合擴張狀態(tài)觀測器(ESO)和有限時間控制(FTC)提出一種復合控制方法來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。首先采用擴張狀態(tài)觀測器估算系統(tǒng)的擾動，用此觀測值作為前饋量補償到輸入端；然后運用連續(xù)有限時間控制方法設計系統(tǒng)前向通道中的反饋控制器。文中對控制器的穩(wěn)定性進行了證明。與傳統(tǒng)的PI控制以及P+ESO控制方法進行仿真與實驗結果比較，驗證了方法的有效性。關鍵詞: 感應電機。 直接轉矩控制。 擴張狀態(tài)觀測器。 有限時間控制1 引言感應電機具有結構簡單、性能可靠、使用高效、便于操作以及堅固耐用等特點,在現代交流伺服系統(tǒng)中得到了廣泛應用。高性能的感應電機驅動系統(tǒng)通常采用矢量控制[1]或直接轉矩控制[2–3]。與矢量控制通過轉子磁鏈定向和復雜的坐標變換來實現磁鏈和轉矩的解耦控制思想不同,直接轉矩控制采用定子磁場定向,借助于離散的兩點式調節(jié),直接對逆變器的開關狀態(tài)進行控制,以獲得轉矩的高動態(tài)性能,其因控制簡單、轉矩響應迅速,而受到了學者們的廣泛的關注[4]。在實際工業(yè)應用中,感應電機調速系統(tǒng)中總存在許多干擾,包括: 摩擦力、負載變化和未建模動態(tài)等。如果控制器沒有足夠能力消除這些干擾的影響,就會造成系統(tǒng)性能的下降。雖然傳統(tǒng)基于反饋控制的方法,如PID控制,可以最終抑制擾動,但是這些反饋方法不能直接對擾動快速地起作用[5]。有兩種途徑提高感應電機直接轉矩閉環(huán)系統(tǒng)的抗干擾能力。一種是從反饋控制的角度: 這方面一種有效的方法就是滑?？刂?sliding mode control, SMC),文獻[6]采用滑模變結構控制器控制定子磁鏈和轉矩,其優(yōu)點是:收斂快, 魯棒性強；缺點是:容易產生抖顫。而連續(xù)有限時間控制(FTC)[7]是介于PID控制與SMC控制之間的一種控制方法。與傳統(tǒng)的漸近穩(wěn)定系統(tǒng)比較,有限時間穩(wěn)定系統(tǒng)具有:1)系統(tǒng)在平衡點具有更好的收斂性能,2)系統(tǒng)具有更好的抗干擾性能,3)不抖顫的優(yōu)點[8–9]。由于以上3個特征,近年來有限時間控制設計問題得到了廣泛的研究。另一種從前饋補償角度,由于感應電機的干擾不能測量,可以采用觀測器直接將干擾觀測出來,進行前饋補償。其中擾動觀測器(disturbance observer, DOB)[10]和擴張狀態(tài)觀測器(extended state observer, ESO)在交流伺服系統(tǒng)的應用頗受關注。DOB基本思想是將外部力矩干擾及模型參數變化造成的實際對象與名義模型輸出的誤差等效到控制輸入端。在控制中引入相應的補償,實現對擾動的抑制。目前已應用于機器人控制、硬盤驅動、電機伺服控制、導彈控制等運動控制系統(tǒng)中。擴張狀態(tài)觀測器(ESO)將系統(tǒng)的不確定項和外界干擾一起當作系統(tǒng)的總擾動,作為一個新的狀態(tài)變量。通過簡單的計算,該觀測器能夠同時估算出系統(tǒng)狀態(tài)和擾動,然后
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